本发明涉及盾构管片防水模拟实验，具体是一种超低温条件下盾构管片防水性能的模拟系统及方法。
背景技术：
1、地铁隧道工程的修建多用盾构机开挖地层，通过管片的拼装对开挖出的隧道起支护作用，通过挤压管片间的密封垫产生防水效果，若密封垫长期处于超低温的地层中，其防水性能需得到进一步的验证。
2、盾构隧道主体结构通常是预制的钢筋混凝土管片由螺栓拼装构成，隧道防水体系中的主体为管片接缝防水，随着盾构开挖的地层深入超低温地区，隧道长期在超低温甚至冻融循环条件下工作，对管片接缝处的密封垫防水性能有着极大考验。目前，密封垫形式多样，但少有针对超低温条件下的形式设计，且数值模拟软件模拟的超低温条件下密封垫防水性能结果得不到较好的验证，需根据工程实际设置的参数进行模拟实验后才具科学合理性。因此，亟需一种模拟系统，该系统设备能简单操作，便于测试密封垫在超低温或冻融循环下的防水性能。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术在设计密封垫时较少考虑到的超低温或冻融循环条件导致密封垫防水效益无法达到最佳，提供了用于超低温条件下盾构管片防水性能的模拟系统及方法，通过模拟系统能够有效地模拟超低温或冻融循环条件下密封垫的防水性能，从而优化盾构管片的防水设计，有效避免超低温、冻土地区盾构隧道渗漏水的发生，保障隧道施工、营运安全。
2、本发明的目的主要通过以下技术方案实现：
3、一种超低温条件下盾构管片防水性能的模拟系统，包括密封垫、管片模型、加载装置、基座、水压机、温度调控器、贴片式无线水压传感器、贴片式无线温度传感器、连接管道，所述管片模型包括上侧管片模型和下侧管片模型，所述加载装置包括：四个垂向液压杆、四个纵向液压杆和四个横向液压杆，两个所述密封垫分别与上侧管片模型和下侧管片模型固定连接，所述两个密封垫之间互相贴合，所述上侧管片模型和下侧管片模型的正面和背面分别设置有两个纵向液压杆，所述上侧管片模型和下侧管片模型的左侧和右侧分别设置有两个横向液压杆，所述上侧管片模型顶部设置有四个垂向液压杆，所述下侧管片模型顶部设有空腔，所述贴片式无线水压传感器和贴片式无线温度传感器均设置在空腔内，所述下侧管片模型位于基座上，所述空腔下部设置有连接管道，所述连接管道下部延申至下侧管片模型底部外侧，所述连接管道下部外侧与温度调控器固定连接，所述连接管道的底端与水压机固定连接，所述水压机上设置有进水口和出水口。
4、进一步的，所述温度调控器中部有贯通的通孔，所得通孔的尺寸与连接管道的尺寸匹配。
5、进一步的，所述基座由四个支腿和一个平板连接组成，所述基座的上部与下侧管片模型固定连接。
6、进一步的，所述贴片式无线水压传感器及贴片式无线温度传感器贴于下侧管片模型顶部的空腔两侧壁处。
7、进一步的，所述管片模型上设置有密封槽，所述密封垫与管片模型中的密封槽尺寸匹配。
8、一种超低温条件下盾构管片防水性能的模拟方法，包括以下步骤：
9、a、确定混凝土管片模型尺寸，开设1:1尺寸密封槽，粘贴试验密封垫并养护；
10、b、在下侧管片模型顶部的空腔侧壁处粘贴贴片式无线水压传感器、贴片式无线温度传感器；
11、c、将下侧管片模型安装于基座上，使用横向加载装置、纵向加载装置固定下侧管片模型位置；
12、d、在连接管道处依次安装温度调控器和水压机，将进水口、出水口接入水压机；
13、e、确定不同错开工况后安装上侧管片模型，使上下两侧密封垫形成错台工况，此时上下密封垫未闭合；
14、f、推动另外的横向液压杆、纵向液压杆固定上侧管片模型位置，水压机向空腔内注满水并保持水位；
15、g、在垂向液压杆、横向液压杆及纵向液压杆共同作用使上下密封垫闭合并形成一定防水抗力；
16、h、温度调控器工作至预设温度，待温度稳定一段时间后水压机逐级施加水压至渗漏；
17、i、记录渗漏时的温度、水压及垂向荷载，改变条件继续实验至完成实验要求。
18、在本发明中，所述步骤a中，设计的混凝土管片模型尺寸与基座尺寸匹配，在管片模型预留矩形闭环密封槽，在下侧管片模型顶部中央设计空腔，并在空腔中部留有贯通管片模型的通孔，提前进行管片模型的制作养护，粘贴试验用密封垫并养护至试验要求，所述基座开设的通孔尺寸与下侧管片模型中通孔尺寸匹配，所述基座由四个支架及一个平板组成并立于地面；所述步骤b中，在下侧管片模型顶部的空腔侧壁处粘贴贴片式无线水压传感器、贴片式无线温度传感器，所述贴片式无线水压传感器、贴片式无线温度传感器可在一定水压、温度条件下保持监测精度并进行无线数据传输，无线的传感器保持了内部的密封条件；所述步骤c中，将下侧管片模型安装于基座上，使用横向液压杆、纵向液压杆固定下侧管片模型位置，安装连接管道，在所述连接管道与通孔连接处有密封胶密封处理；所述步骤d中，在连接管道处依次安装温度调控器和水压机，所述温度调控器有垂向贯通的通孔，通孔的尺寸与连接管道尺寸匹配，将进水口、出水口接入水压机，关闭出水口开关；所述步骤e中，确定不同错开工况后安装上侧管片模型，使上下两侧密封垫形成错台工况，此时上下密封垫间保持较小距离未闭合；所述步骤f中，使用横向液压杆、纵向液压杆固定上侧管片模型的水平位置，满足错台设置的错台量，水压机向空腔内注满水并保持水位；所述步骤g中，垂向液压杆向下施加荷载的同时横向液压杆及纵向液压杆向下位移相等距离，使上下密封垫闭合并形成一定防水抗力；所述步骤h中，温度调控器工作至预设温度，待温度稳定一段时间后水压机逐级施加水压至渗漏，若模拟冻融循环条件，则开启温度调控器最低温度待内部结冰一定时间后升高温度至融化，如此反复多次后进行施加水压试验；所述步骤i中，通过垂向液压杆、贴片式无线水压传感器、贴片式无线温度传感器反馈的数据，记录渗漏时的装配力、水压及温度，改变条件继续实验至完成实验要求，关闭加载装置、温度调控器及水压机，打开出水口排出试验用水。
19、综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
20、（1）本发明通过温度调控器将温度传导至连接管道从而间接将温度传导至空腔中，实现调控水温的目的，可实现超低温或冻融循环条件下的密封垫防水性能实验，实验时可在短时间内进行重复实验，提升实验效率。
21、（2）本发明中的密封垫及管片模型均按工程实际制得，可较好地模拟两者的接触关系。
22、（3）本发明中通过垂向液压杆、温度调控器、水压机、密封垫的共同作用，能够有效模拟不同装配力、温度、水压下密封垫的防水性能，得出相应条件下发生渗漏的条件，从而优化管片接缝处的防水设计，有效避免隧道渗水、漏水的发生，保障隧道营运安全。
1.一种超低温条件下盾构管片防水性能的模拟系统，其特征在于，包括密封垫（1）、管片模型（2）、加载装置（3）、基座（4）、水压机（5）、温度调控器（8）、贴片式无线水压传感器（10）、贴片式无线温度传感器（11）、连接管道（12），所述管片模型（2）包括上侧管片模型（21）和下侧管片模型（22），所述加载装置（3）包括：四个垂向液压杆（31）、四个纵向液压杆（32）和四个横向液压杆（33），两个所述密封垫（1）分别与上侧管片模型（21）和下侧管片模型（22）固定连接，所述两个密封垫（1）之间互相贴合，所述上侧管片模型（21）和下侧管片模型（22）的正面和背面分别设置有两个纵向液压杆（32），所述上侧管片模型（21）和下侧管片模型（22）的左侧和右侧分别设置有两个横向液压杆（33），所述上侧管片模型（21）顶部设置有四个垂向液压杆（31），所述下侧管片模型（22）顶部设有空腔（9），所述贴片式无线水压传感器（10）和贴片式无线温度传感器（11）均设置在空腔（9）内，所述下侧管片模型（22）位于基座（4）上，所述空腔（9）下部设置有连接管道（12），所述连接管道（12）下部延申至下侧管片模型（22）底部外侧，所述连接管道（12）下部外侧与温度调控器（8）固定连接，所述连接管道（12）的底端与水压机（5）固定连接，所述水压机（5）上设置有进水口（6）和出水口（7）。
2.根据权利要求1所述的一种超低温条件下盾构管片防水性能的模拟系统，其特征在于，所述温度调控器（8）中部有贯通的通孔，所述通孔的尺寸与连接管道（12）的尺寸匹配。
3.根据权利要求1所述的用于超低温条件下盾构管片防水性能的模拟系统，其特征在于，所述基座（4）由四个支腿和一个平板连接组成，所述基座（4）的上部与下侧管片模型（22）固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种超低温条件下盾构管片防水性能的模拟系统，其特征在于，所述贴片式无线水压传感器（10）及贴片式无线温度传感器（11）贴于下侧管片模型（22）顶部的空腔（9）两侧壁处。
5.根据权利要求1所述的一种超低温条件下盾构管片防水性能的模拟系统，其特征在于，所述管片模型（2）上设置有密封槽，所述密封垫（1）与管片模型（2）中的密封槽尺寸匹配。
6.一种超低温条件下盾构管片防水性能的模拟方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的一种超低温条件下盾构管片防水性能的模拟系统，包括以下步骤：
